Weltweit nimmt die Menge an Elektroschrott, der aus alten Geräten wie Spielzeugen, Computern und Smartphones entsteht, ständig zu. Die zentrale Komponente dieser elektronischen Geräte sind die Leiterplatten, auch bekannt als printed circuit boards (PCBs). Diese bestehen in der Regel aus glasfaserverstärktem Epoxidharz, einem Material, das schwer zu recyceln und biologisch abzubauen ist. Ein Forschungsteam der Technischen Universität Bergakademie Freiberg hat nun eine bahnbrechende Lösung entwickelt: kompostierbare Leiterplatten, die aus Produktionsabfällen der Zitronensäureindustrie hergestellt werden.
Die Wissenschaftler nutzen das Pilzmyzel von Aspergillus niger, einem Abfallprodukt, das bei der industriellen Herstellung von Zitronensäure anfällt. Anstatt dieses Material zu entsorgen, haben die Forscher einen innovativen Prozess entwickelt, um es in ein neues, plastikähnliches Material umzuwandeln. Durch Formen und Trocknung entsteht eine Platte mit einer Dicke von etwa 0,5 Zentimetern und einer Dichte von 1,23 g/cm³ – vergleichbar mit der Dichte herkömmlicher Leiterplatten. Die Forscher konnten mit Verfahren wie Direkt-Ink-Writing sowie mit herkömmlichen Ätzverfahren und manuellem Löten elektronische Komponenten direkt auf die neu entwickelten Pilzplatten aufbringen.
Laut Nina Oehlsen, einer Doktorandin an der TU Freiberg und Erstautorin der wissenschaftlichen Veröffentlichung zu diesem Thema, zeigt das Material aus Pilzmyzel bereits in Labortests hohe mechanische Eigenschaften und eine gute Hitzestabilität. Obwohl die elektrischen Eigenschaften derzeit noch hinter denen von Standard-PCBs zurückbleiben, reicht es für den Einsatz in Prototypen oder in Anwendungen mit niedrigen Frequenzen, beispielsweise bei Umweltsensoren, Verbrauchsgütern und Spielzeugen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das End-of-Life-Management dieser neuen Leiterplatten. Laut dem „Global E-waste Monitor“ wird bis zum Jahr 2030 ein Anstieg auf etwa 82 Millionen Tonnen Elektroschrott prognostiziert. Die innovative Leiterplatte, die den Namen AnimatPCB trägt, bietet nicht nur eine Lösung für die Umweltproblematik, die durch schwer recycelbare elektronische Abfälle entsteht, sondern ermöglicht auch eine nachhaltige Entsorgung am Ende der Lebensdauer. Diese Leiterplatten sind vollständig biologisch abbaubar, und die darauf montierten Transistoren können potenziell funktionsfähig zurückgewonnen werden.
Linus Stegbauer, Juniorprofessor für biogene technische Materialien an der TU Freiberg, hebt hervor, dass aus einem industriellen Abfallprodukt ein hochwertiges, funktionales Material geschaffen wurde, ohne auf fossile Rohstoffe zurückzugreifen. Im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten weist das Pilzmyzel einen bis zu 56 Prozent geringeren CO2-Fußabdruck auf und kann am Ende seiner Lebensdauer einfach in Wasser aufgelöst werden, ohne gefährliche Rückstände zu hinterlassen.
Diese bioinspirierte Forschung könnte einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung einer kreislauffähigen Elektronikindustrie leisten. Professor Simon Glöser-Chahoud, Wirtschaftswissenschaftler an der TU Freiberg, betont, dass die Forschung zeigt, dass es möglich ist, hochwertige elektronische Komponenten zu entwickeln, die keine langfristige Umweltbelastung verursachen. Der gesamte Lebenszyklus des neuartigen Materials wurde hinsichtlich seines CO2-Fußabdrucks analysiert.
Die nächsten Schritte umfassen die Erprobung der neuen Leiterplatten nach geltenden Standards wie IPC-A-600 oder DIN EN 60249-1 sowie die Optimierung hinsichtlich der Wasseraufnahme, um die Anwendbarkeit im Vergleich zu bestehenden PCBs zu erhöhen. Mit diesen Fortschritten könnte die TU Freiberg nicht nur einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Elektronik leisten, sondern auch einen Anstoß für weitere Entwicklungen in der Materialwissenschaft geben.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung kompostierbarer Leiterplatten aus Zitronensäure-Abfällen eine vielversprechende Innovation darstellt, die sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet und das Potenzial hat, die Elektronikindustrie nachhaltig zu transformieren.
